4.4控制系统的设计与实施 课件

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设计的一般思路是什么？控制也需要设计。发现与明确问题制作模型或原型测试评估及优化产品的使用与维护制定设计方案第四单元 控制与设计第四节 控制系统的设计与实施 我们知道在设计的一般过程中，首先要发现和明确问题，那么在对控制系统进行设计时我们要明确那些问题呢？1、控制系统设计的一般思路:1）要设计好一个控制系统，需要做到：（1）明确这个系统要达到的目的是什么？（2）所要控制的对象是什么？（3）被控对象有哪些重要特征？被控量和控制量分别是什么？被控对象的特征往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式。（4）外界的主要干扰因素有哪些？一个控制系统中可能同时存在若干个干扰因素，需要分清主次，找出对系统影响最大的干扰因素。（5）选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、又易于实现。为达到实现控制的目的，应采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等。（6）如何选择设备和元件。注意在选择元器件时要优先考虑标准件的使用。在以上问题都确定后：（1）要根据实际设计对控制精度的要求以及条件的可行性来确定是用开环控制系统还是闭环控制系统来实现所要最终达到的目的。（2）画出控制方框流程图。（3）画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸，撰写设计说明书等。2）开环控制系统的设计电风扇控制系统的设计：被控对象——电风扇，被控制量——电风扇输出的风速，控制量——电机的转速。设计的目的有：一是有定时关闭电风扇。二是有不同的风速。三是又定时，又有不同的风速。案例分析：电吹风控制系统的设计请同学快速阅读书中案例《电吹风控制系统的设计》，分析这个系统要达到的目的是什么？控制的对象是什么？被控对象有哪些特性？被控量的控制量分别是什么？外界的干扰因素是什么？经济实用？被控对象——电吹风；被控量——风的速度和温度；控制量——电机的电压；干扰因素——房间温度、电源电压的波动； 这个案例是开环控制系统设计的案例，用以说明开环控制系统设计的过程与方法，体现控制系统设计的一般思路。3）闭环控制系统的设计对于简单的闭环控制系统有如下的要求：(1)必须是稳定的。一是工作时要稳定，二是干扰出现时要稳定，这个稳定是通过调节而出现的稳定。(2)控制精度要符合要求,即系统的输出值与给定值之差应控制在允许的范围之内。(3)有较好的抗干扰性能。(4)几项要求有时产生矛盾，要平衡有侧重点的解决。案例分析：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计。 这个案例是闭环控制系统设计的实例，用以说明闭环控制系统设计的过程与方法，体现控制系统设计的一般思路。讨论：在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？水箱一次的冲水量实际上是随水箱的横截面积和水位设定高度而变化的，即：冲水量=水箱的横截面积×设定高度 因此，要减少每次冲水量，应该从减少水箱横截面积和设定高度入手。具体方案可以有：1）将杠杆支点右移，使浮球在较小的高度上关闭进水阀。2）在水箱中放入比水重的物体，起到减小水箱平均截面积的作用。3）控制进水阀开启的时间，使其在水未放完之前关闭出水阀。这相当于改变设定高度。4）在水箱中放置1~2块砖头，以减少水箱的实际蓄水量。5）设计两种冲水方式，一种是半箱水冲洗，一种是整箱水冲洗。2、控制系统的设计与实施案例 我们了解了控制系统设计的一般思路，下面我们一起来分析和了解控制系统的设计与实施案例。阅读书中案例《自动升旗简易控制装置的设计》各方案的特点：方案A：在控制上采用机械装置，对电子知识要求不高，但升旗和唱国歌的启动需要人工同步，定时装置的精度不高，容易产生不协调现象。方案B：此方案同样有启动不容易同步的问题，但定时器的精度较高。其实，对升旗来说，可以采用人工控制。方案C：可以增加学生的知识面，但需要补充电子线路的知识，比较费时，课时难以保证。方案D:升旗和唱国歌同步启动，由于CD唱机比较普遍，器材准备较其它方案容易。因此：方案D实现较容易。1、控制系统设计的一般思路。2、控制系统的设计与实施案例。小结:1.水车2.晾衣控制装置练习:章节练习：1.该套装置中，综合运用了机械能转化为电能及稳压等技术原理，运用了蓄能、系统、稳压和控制等多种技术。其简要过程可以用方框图表示如下：2.（1）一般家用太阳能热水器温度控制是如何实现的？家用太阳能热水器通常都是在出水的地方装有冷水管和热水管，使用时，通常采用不断调节热水管和冷水管的流量实现温度控制。（2）这是一个闭环控制系统，其中有一个感温元件不断测量出水管内的水温，当水温低于某值时，便切换到电加热器加热的状态。 一般来说，宾馆供应的热水温度要比较高，使客人有调节的余地，因此它必须保证热水高于一定的温度。其方法是设计一个闭环温度控制系统，使供应的热水不低于某一温度。控制系统的工作过程大致如下：测温装置测量储水箱热水的温度，当水温低于某一给定温度时，控制装置将输出一个信号去接通加热装置，使之给水箱加热；当温度高于给定温度时，控制装置就会切断加热器电源，停止加热。 这一过程的的方框图可以表示如下：